(57)【要約】【課題】  目的形状に近い形状の光学素子を製造することができるグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】  まず、図に示す位置においてレジストの露光を行い、その後、グレースケールマスク１を回転中心の周りに、９０°、１８０°２７０°回転させた位置として、それぞれの位置において露光を行ってから、レジストの現像を行う。このようにすると、１つのマイクロレンズが形成される領域が、４種類のマイクロレンズ用グレースケールパターン２を使用して露光を受けることになり、マイクロレンズ用グレースケールパターン２の製作誤差が平均化されて、より設計値に近い積算露光量を受けることになる。よって、１回露光した後に直ちにレジストの現像を行うよりも、正確な形状のレジストパターンを得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心の周りに３６０°未満の所定角度だけ回転させたとき、回転前のパターンと重なるようなパターンを有するグレースケールマスクであって、前記所定角度がｍ（ｍは自然数）あるものを使用して、基板上に成膜されたレジストの露光を行う方法であって、最初の露光を行ってから、前記所定角度のうちｎ個（ｎ≦ｍ）を選択して、それに対応する角度だけ前記グレースケールマスクを回転させ、回転させた各々の位置で、それぞれ前記レジストの露光を行い、その後、前記レジストを現像する工程を有することを特徴とするグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法。
【請求項２】
ｎ＝ｍであることを特徴とする請求項１に記載のグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法。
【請求項３】
回転中心の周りに回転対称なパターンを有するグレースケールマスクを使用して基板上に成膜されたレジストの露光を行う方法であって、最初の露光を行ってから任意の角度だけ前記グレースケールマスクを回転させ、回転させた各々の位置で、それぞれ前記レジストの露光を行い、その後、前記レジストを現像する工程を有することを特徴とするグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記回転させる角度が３６０×ｉ／ｋ°（ｋは２以上の自然数、ｉ＝１〜（ｋ−１））であることを特徴とする請求項３に記載のグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法。
【請求項５】
露光量と、露光時における前記レジストのエッチング量の関係を、露光回数ごとに予め調べておき、各露光において、同じエッチング量が得られるように、露光量を調整することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちいずれかの光学素子の製造方法を用いて製造された光学素子の前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより、前記レジストの形状に対応する形状を前記基板に形成する工程を有することを特徴とするグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６における光学素子を、光学素子製造用の型（母型）に変えた光学素子製造用の型の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法に使用されるグレースケールマスクであって、前記グレースケールマスクを回転させたときの位置合わせをするためのアライメントマークが形成されていることを特徴とするグレースケールマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法、光学素子製造用の型の製造方法、及びグレースケールマスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズは、ディジタルカメラ、光通信、ＭＥＭＳ分野を中心に実用化され、益々使用範囲が拡大している。従来、このようなマイクロレンズや、通常のレンズ等の光学素子、及びこれらの光学素子製造用の型の製造方法として、特開２００４−３１００７７号公報（特許文献１）に開示されているような、グレースケールマスクと、光リソグラフィを使用した方法が知られている。
【０００３】
このような目的のために用いられるグレースケールマスクは、製造したいマイクロレンズ形状に対応した露光量分布をレジスト上に作り出す役目を負う。一例として、図６のように多数のマイクロドット開口を設け、そのドットの大きさを当該露光量分布が得られるように計算・配置したものがある。ドット径の大きな部分ほど露光量が多くなるため、図６のように、中心部のドット径が小さく、周辺に向かってドット径が大きくなるマスクの場合、ポジ型レジストを露光して現像すると凸型のレジストレンズ形状が得られる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１００７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記レジストレンズの形状は、グレースケールマスクのドットサイズの違いに非常に敏感に形状が変わる。ドットサイズを、製造したいマイクロレンズ形状に対応した露光量分布が得られるように計算・配置するが、実際のグレースケールマスクのドットサイズは設計値に対して誤差を有している。その誤差は、グレースケールマスク全体に一様な成分と一様でない成分に分けられるが、後者の一様でない誤差成分により、得られるマイクロレンズ形状は非対称性を持つものになる。このように、グレースケールマスクの製造誤差が一様でないために、目的とされる光学素子の形状が目的のものと異なる形状となることが問題となっていた。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、光学素子の形状の対称性を良くし、目的形状に近い形状の光学素子を製造することができるグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法、光学素子製造用の型の製造方法、及びこの目的のために使用されるグレースケールマスクを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための第１の手段は、回転中心の周りに３６０°未満の所定角度だけ回転させたとき、回転前のパターンと重なるようなパターンを有するグレースケールマスクであって、前記所定角度がｍ（ｍは自然数）あるものを使用して、基板上に成膜されたレジストの露光を行う方法であって、最初の露光を行ってから、前記所定角度のうちｎ個（ｎ≦ｍ）を選択して、それに対応する角度だけ前記グレースケールマスクを回転させ、回転させた各々の位置で、それぞれ前記レジストの露光を行い、その後、前記レジストを現像する工程を有することを特徴とするグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法である。
【０００８】
本手段においては、所定角度だけ回転させたときに回転前のパターンと重なるようなパターンを有するマスクを使用して、前記所定角度の一部又は全部だけ回転させ、各々の角度で（すなわち、さらに１回又は複数回）の露光を行う。よって、グレースケールマスクのパターンに製作誤差があっても、異なる場所を使用しての露光が少なくとも２回行われるので、製作誤差が平均化され、目的とする露光量分布に近い露光量分布が得られるようになる。よって、目的形状に近い形状の光学素子を製造することができる。
【０００９】
なお、通常このような光学素子は、透過型のものとして使用される場合が多いので、レジストは透明のものが使用されることが多いが、形成されたレジスト上に反射体を設けて使用されるような場合もあるので、レジストとしては透明なものに限定されない。このことは他の手段（請求項）についても同じである。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、ｎ＝ｍであることを特徴とするものである。
【００１１】
本手段においては、所定角度だけ回転させたときに、パターンが回転前のパターンと重なるような全ての角度で露光を行っている。よって、露光される場所が、全て同じパターンの重ね合わせ露光を受けることになるので、露光の平均化効果が特に著しくなる。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、回転中心の周りに回転対称なパターンを有するグレースケールマスクを使用して基板上に成膜されたレジストの露光を行う方法であって、最初の露光を行ってから任意の角度だけ前記グレースケールマスクを回転させ、回転させた各々の位置で、それぞれ前記レジストの露光を行い、その後、前記レジストを現像する工程を有することを特徴とするグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法である。
【００１３】
本手段においては、グレースケールマスクのパターンが回転対称（すなわち円形）であるので、任意の角度回転させた場合、そのパターンは回転前のパターンに重なる。よって、最初の露光を行ってから任意の角度だけ前記グレースケールマスクを回転させ、回転させた各々の位置で、それぞれ前記レジストの露光を行えば、露光の平均化効果が得られる。
【００１４】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記回転させる角度が３６０×ｉ／ｋ°（ｋは２以上の自然数、ｉ＝１〜（ｋ−１））であることを特徴とするものである。
【００１５】
本手段においては、露光される場所が、全て同じパターンの重ね合わせ露光を受けることになるので、露光の平均化効果が特に著しくなる。
【００１６】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、露光量と、露光時における前記レジストのエッチング量の関係を、露光回数ごとに予め調べておき、各露光において、同じエッチング量が得られるように、露光量を調整することを特徴とするものである。
【００１７】
レジストの中には、露光を繰り返すと、露光回数が増えるに従ってその感度（露光量に対する膜べり量）が低下するものがある。このような場合、露光時における前記レジストのエッチング量（膜べり量）の関係を、露光回数ごとに予め調べておき、各露光において、同じエッチング量が得られるように、露光量を調整することにより、露光の平均化効果を高めることができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかでの光学素子の製造方法を用いて製造された光学素子の前記レジストと前記基板を同時にエッチングすることにより、前記レジストの形状に対応する形状を前記基板に形成する工程を有することを特徴とするグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法である。
【００１９】
なお、この場合は、レジストは透明であることを要しない。
【００２０】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかにおける光学素子を、光学素子製造用の型（母型）に変えた光学素子製造用の型の製造方法である。
【００２１】
第１の手段から第６の手段のいずれかにおける光学素子は、そのまま光学素子として使用せず、樹脂等により光学素子を製造するときの型（又は型の型、すなわち母型）として、そのまま用いることができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第１の手段から第６の手段のいずれかのグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法に使用されるグレースケールマスクであって、前記グレースケールマスクを回転させたときの位置合わせをするためのアライメントマークが形成されていることを特徴とするグレースケールマスクである。
【００２３】
本手段においては、グレースケールマスクを回転させるとき、アライメントマークを基準にして位置合わせを行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光学素子の形状の対称性を良くし、目的形状に近い形状の光学素子を製造することができるグレースケールマスクを用いた光学素子の製造方法、光学素子製造用の型の製造方法、及びこの目的のために使用されるグレースケールマスクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。グレースケールマスクを使用した露光後の工程は、前記特許文献１に記載されたものと同じであり、業界に周知のものであるので説明を省略し、以下の説明においては、グレースケールマスクを用いた露光方法に絞って説明を行う。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態の１例であるグレースケールマスクの平面図であり、マイクロレンズアレイを製造するためのものである。グレースケールマスク１の中央領域の露光有効部には、８×８個のマイクロレンズ用グレースケールパターン２が正方形状に配列されている。よって、このグレースケールマスク１のパターン３全体は、９０°回転する毎にもとのパターンと重なるようになっている。
【００２７】
このグレースケールマスク１には、その回転中心から等距離の位置に、４つのアライメントマーク４が、角度９０°間隔で設けられている。図の左右方向をｘ方向、上下方向をｙ方向とすると、このアライメントマーク４は、ｘ方向、ｙ方向の線がクロスした十字形をしており、１つのアライメントマーク４を用いることにより、ｘ方向位置、ｙ方向位置を合わせることができ、さらに、もう一つのアライメントマーク４と組み合わせて使用することにより、回転中心周りの回転角θを合わせることができるようになっている。
【００２８】
このグレースケールマスク１を使用してレジストの露光を行うときは、まず、図に示す位置においてレジストの露光を行い、その後、グレースケールマスク１を回転中心の周りに、９０°、１８０°２７０°回転させた位置として、それぞれの位置において露光を行ってから、レジストの現像を行う。このようにすると、１つのマイクロレンズが形成される領域が、４種類のマイクロレンズ用グレースケールパターン２を使用して露光を受けることになり、マイクロレンズ用グレースケールパターン２の製作誤差が平均化されて、より設計値に近い積算露光量を受けることになる。よって、１回露光した後に直ちにレジストの現像を行うよりも、正確な形状のレジストパターンを得ることができる。
【００２９】
この場合、４回の露光を行っているので、１回あたりの露光量は、１回の露光で直ちにレジストの現像を行う場合の１／４とすることは言うまでもない。なお、レジストによっては、露光回数が増加すると、その感度（露光量あたりの膜減り量）が低下することがある。このような場合は、予め、露光回数と感度の関係を調査しておき、各露光において同一の膜減り量が得られるような露光量で各回の露光を行えばよい。
【００３０】
上記のように、回転するともとのパターンに重なる角度が、３６０°未満にｍ（上記の場合ｍ＝３）だけある場合、ｍ回の回転を行い、それぞれの回転角度において露光を行えば、全ての露光量域が同一組み合わせのパターンを用いて露光されるので好ましい。しかし、ｎ（ｎ＜ｍ）の回転角度において露光を行うようにしても、ある程度の露光の平均化効果が得られる。
【００３１】
本発明はマイクロレンズのみならず、マイクロシリンドリカルレンズ、回折格子、フレネルレンズ等、グレースケールマスクを使用してレジストを感光させ、レジストを現像してレジストパターンを得るような光学素子に応用が可能である。シリンドリカルレンズや、レリーフパターンが直線状の回折格子等の場合は、グレースケールマスクを回転させたとき、回転前のパターンと同一パターンとなる角度は、１８０°の１つしかないので、２回分割露光が限度である。
【００３２】
これに対し、円形の回折格子、フレネルレンズ等を単体で製造する場合は、どの角度回転させても、回転後のパターンが回転前のパターンに一致する。このような場合は、任意の角度だけ回転させて複数露光を行えばよいが、通常は、３６０°をｋ（ｋは２以上の自然数）等分し、回転前と、３６０×ｉ／ｋ（ｉ＝１〜（ｋ−１））°だけ回転させたｋ回の複数露光を行うことが好ましい。
【実施例１】
【００３３】
図１に示すようなパターンを有するグレースケールマスクを使用してマイクロレンズアレイの製造を行った。実施例としては、露光を、グレースケールマスクが図１に示す位置（回転角０°）にあるときにおいて第１回目の露光を行い、グレースケールマスクが、その位置から１８０°回転させた状態にある位置で第２回目の露光を行った。比較例として、グレースケールマスクを図１に示す位置（回転角０°）において１回のみ露光を行った。実施例における１回あたりの露光量は、比較例の１／２とした。
【００３４】
図２に、実施例におけるマイクロレンズ１個の、半径方向の形状誤差を、図３に、比較例におけるマイクロレンズ１個の、半径方向の形状誤差を示す。図２の方が形状誤差が小さいことがわかるが、さらに、このマイクロレンズの形状誤差の左右対称性を示すことにより、両者の差が強調される。
【００３５】
図４は、図２に示すグラフを左右反転したグラフと、元のグラフとの平均値をとり、元のものから平均値を差し引いた値を示すグラフである。同様、図５は、図３に示すグラフを左右反転したグラフと、元のグラフとの平均値をとり、元のものから平均値を差し引いた値を示すグラフである。図４と図５を比較すると分かるように、実施例において、左右対称性の誤差が大幅に小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるグレースケールマスクの平面図であり、マイクロレンズアレイを製造するためのものである。
【図２】実施例におけるマイクロレンズ１個の、半径方向の形状誤差を示す図である。
【図３】比較例におけるマイクロレンズ１個の、半径方向の形状誤差を示す図である。
【図４】図２に示すグラフを左右反転したものと、元のものとの平均値をとり、元のものから平均値を差し引いた値を示すグラフである。
【図５】図３に示すグラフを左右反転したものと、元のものとの平均値をとり、元のものから平均値を差し引いた値を示すグラフである。
【図６】多数のマイクロドット開口を設け、そのドットの大きさを当該露光量分布が得られるように計算・配置したグレースケールマスクのパターンの例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…グレースケールマスク、２…マイクロレンズ用グレースケールパターン、３…パターン、４…アライメントマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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